基于指紋識別技術的車輛防盜系統研究

沈崢楠，江浩斌，馬世典

(江蘇大學汽車與交通工程學院，江蘇鎮江 212013)

基于指紋識別技術的車輛防盜系統研究

沈崢楠，江浩斌，馬世典

(江蘇大學汽車與交通工程學院，江蘇鎮江 212013)

在生物識別和嵌入式控制技術的基礎上，結合汽車防盜特點，設計了一種基于指紋識別技術的新型車輛防盜系統。該防盜系統以微控制器為主控單元核心，外接指紋模塊、RFID模塊，利用人體指紋特征的唯一性和不變性，設計防盜策略。以“知豆牌”純電動汽車為目標車型，對所設計原型系統開展實驗室測試和裝車試驗及改進。結果表明:該車輛防盜系統設計合理，方案可行，有較強的應用價值。

汽車防盜；指紋識別；嵌入式技術

Abstract:Combined with the characteristics of car anti-theft,a new type of vehicle anti-theft system was presented in which fingerprint recognition technology based on pattern recognition and embedded control technology were used.In this anti-theft system,micro-controller was taken as the main control unit,fingerprint module and RFID module were taken as sub-units,uniqueness and invariance of human fingerprint characteristics were used to design security strategy.Taking “Zhidou” electric vehicle as a target,laboratory tests and vehicle loading test were conducted for improving.The result proves that this designed system is reasonable,the program is feasible,and it has a strong value in use.

Keywords:Car anti-theft;Fingerprint recognition;Embedded technology

0 引言

隨著經濟的飛速發展和人民生活水平的提高，國內汽車保有量持續增加，汽車成了人們生活中不可或缺的交通工具。伴隨的問題是汽車被盜案件頻繁出現，汽車防盜受到了越來越多人的重視。目前常見的汽車防盜系統分為：機械式防盜系統、電子式防盜系統、網絡式防盜系統[1]。但機械式防盜系統不具備聲光報警功能，電子式防盜系統在電子煩擾時易失效，網絡式防盜系統價格昂貴，說明當前汽車防盜手段仍需改進[2-3]。文中采用指紋識別結合防盜代碼驗證來完成新型車輛防盜系統的設計，將車輛的使用權限與用戶身份認證相結合，實現了車輛使用權限與用戶身份之間的強關聯，從根本上改善了車輛的防盜性能。

1 指紋識別系統的規劃

1.1 指紋識別系統總體規劃

指紋識別系統主要由指紋采集模塊、嵌入式微處理器DSP模塊、數據存儲模塊、電源模塊、串口模塊等構成。其中，指紋采集模塊用于采集指紋圖像；嵌入式微處理器DSP模塊內含指紋算法分析，用于實現指紋的存儲、對比、刪除功能；數據存儲模塊用于存儲指紋數據；電源模塊的作用是提供工作電壓；串口模塊用于實現嵌入式微處理器DSP模塊和上位機如PC端、微控制器的數據通信[4]。指紋識別系統硬件框架如圖1所示。

1.2 指紋識別系統硬件規化

綜合價格、精度、體積、質量等方面因素的考慮，文中設計的指紋采集模塊采用TCS2SS V2.0傳感器，其工作電壓為3.3 V，工作電流最大為115.5 mA，通信接口為UART、USB、SPI；嵌入式微處理器DSP模塊采用具有低功耗高性能的定點芯片 TMS320VC5416，此模塊主要負責完成用戶指紋圖像采集、指紋特征提取和比對等功能，可以通過UART接口與單片機控制系統進行交互，能夠接收處理命令和反饋處理結果；此系統中外擴數據存儲模塊選用IS61LV25616芯片，大小為 256 kB，讀寫周期為12 ns，可以在DSP全速工作的條件下正常讀寫數據而無需插入總線延遲周期，這樣可以很好地滿足算法的快速實現。

1.3 指紋識別系統軟件規化

軟件系統的設計主要從實現功能的角度考慮：實現指紋的錄入、對比、刪除功能。指紋模塊接受上位機的串口指令后執行操作，然后將處理得到的結果反饋給上位機。軟件規劃流程圖如圖2所示。

2 車輛防盜系統的設計

2.1 車輛防盜系統的總體設計

文中采用模式識別和嵌入式技術，以微控制器作為汽車主電子控制單元，從設備有指紋模塊、RFID模塊、繼電器模塊[5]。車輛防盜系統硬件總體框架如圖3所示。

2.2 車輛防盜系統硬件設計[6-9]

該車輛防盜系統的微控制器模塊選用英飛凌XC866型號單片機，XC866采取和工業標準8051處理器兼容的XC800內核設計。XC866高度集成片內器件，例如片內振蕩器或嵌入式電壓調節器(從而可由3.3 V或5.0 V的單電源供電)，從而具備許多增強功能以滿足新型應用。XC866的其他主要特性包括：用來產生脈寬調制信號、帶有電機控制專用模式的捕獲/比較單元6(CCU6);10位模數轉換器(ADC)，具有如自動掃描和結果累加(用于抗混疊濾波或結果平均)等擴展功能；功能擴展的通用異步收發器(UART)，支持本地互連網絡(LIN)應用，并為許多器件提供LIN的底層驅動軟件；提供不同的省電模式選擇，以滿足低功耗應用；其豐富的片上外設功

能由特殊功能寄存器(SFR)控制，采用智能分頁機制(優化中斷處理)來擴展SFR的地址范圍。指紋模塊通過RS232接口與主控單元XC866進行數據傳送和接收，XC866通過UART異步接收的方式來控制指紋模塊。此設計采用RFID系統作為線圈模塊，用來識別鑰匙防盜代碼。RFID技術是利用無線電波或微波能量進行非接觸雙向通信，來實現識別和數據交換功能的自動識別系統。此設計采用ATS125K非接觸式射頻ID卡專用模塊，該模塊釆用先進的射頻接收線路及嵌入式微控制器設計，結合高效譯碼算法，完成對EM4100、TK4100兼容式ID卡的數據接收，具有接收靈敏度高﹑工作電流小﹑穩定性高等特點。

2.3 車輛防盜系統軟件設計

根據系統的設計策略，整個指紋識別的過程在指紋模塊上進行，外圍相關控制在微控制模塊上進行。將微處理器與指紋模塊的DSP作為雙系統處理器。微處理器與指紋模塊的DSP通過串口通信接口(如RS232、USB)進行指令和數據交換。

車輛防盜系統主要工作原理過程為：用戶進入汽車后，插入汽車鑰匙，轉動汽車鑰匙到ON擋，汽車蓄電池給指紋防盜主控單元、防盜線圈RFID模塊上電；防盜線圈RFID模塊接收鑰匙芯片傳遞的防盜識別代碼；用戶在指紋儀上錄入指紋；當指紋驗證成功、防盜代碼驗證成功，防盜主控單元使繼電器閉合，點火電路導通，汽車正常啟動[10]；當指紋驗證失敗或者防盜代碼驗證失敗，則繼電器繼續斷開，汽車無法啟動。

車輛防盜系統軟件設計流程圖如圖4所示。

3 實驗

將設計好的車輛防盜系統嵌入安裝到知豆電動車上，進行試驗及改進，裝車及試驗過程如圖5—9所示。

經測試：所設計的基于指紋識別技術的防盜系統在多種環境中均可完成整個工作過程，能夠滿足實際需求，具有較強的應用價值。

4 結論

針對汽車防盜技術存在的問題，引入生物識別技術，設計了車輛使用權限和駕駛員身份強關聯的新型車輛防盜系統。該系統采用嵌入式技術，將生物識別技術應用于汽車防盜系統中，以微控制器為主控單元，指紋模塊為子單元，利用人體指紋特征的唯一性和不變性，在只有獲得指紋認證成功的情況下，才能夠啟動汽車發動機。采用英飛凌汽車級MCU-XC866為主控單元核心器件、以嵌入式C語言為開發工具，設計基于指紋識別技術的車輛防盜系統軟、硬件系統，并針對知豆電動汽車開發制作了基于指紋識別的車輛防盜系統原型。最后，對所開發系統開展實驗室模塊測試和實車功能和性能測試，試驗結果表明：該系統實現了既定目標功能，且具有較強的魯棒性和可擴展性，對將來的工程化開發和推廣應用具有較強的指導意義。

【1】 關東陽,陶富山.汽車防盜系統的發展[J].科技資訊,2013(35):63.

【2】 程飛.汽車防盜系統的“進化”[J].科學咨詢,2008(9):61.

【3】 張梅紅,魏冬至.汽車防盜系統綜述[C]//第四屆河南省汽車工程科技學術研討會論文集,2007.

【4】 Zhang Weipeng,Wang Qingren,Tang Yuanyan.A wavelet-based method for fingerprint image enhancement[C]//Proceedings of 2002 International Conference on Machine Learning and Cybernetics,2002:1973-1977.

【5】 戴海燕,吳鐘桁,黃明鵬.基于指紋識別的汽車防盜系統設計[J].公路與汽運,2013 (5):33-35.

【6】 蔡榮海,楊紅宇,劉鐵軍.增強型單片機 XC866 原理及應用[M].北京:電子工業出版社,2009.

【7】 尹勇,王洪成.單片機開發環境 uVision2 使用指南及 USB 固件編程與調試[M].北京:北京航空航天大學出版社,2004.

【8】 Morimura H,Shigematsu S,Shimamura T,et al.An advanced fingerprint sensor LSI and its application to a fingerprint identification system[C]// IEEE Symposium on VLSI Circuits,Digest of Technical Papers,n CIRCUITS SYMP,2002:272-275.

【9】 黃鴻,李見為，李冬梁.基于DSP的嵌入式指紋識別系統硬件設計實現[J].重慶大學學報,2004(12).

【10】 楊先周.車載指紋防盜系統若干問題的研究[D].重慶:重慶大學,2009.

ResearchoftheVehicleAnti-theftSystemBasedonFingerprintIdentificationTechnology

SHEN Zhengnan,JIANG Haobin,MA Shidian

(School of Automobile and Traffic Engineering,Jiangsu University,Zhengjiang Jiangsu 212013,China)

2014-09-02

江蘇省大學生重點創新訓練項目

沈崢楠(1992—)，男，碩士研究生，研究方向為汽車智能化控制。E-mail：447488418@qq.com。